Déformation des barres - Treillis. Exercices et éléments de corrections

Documents pareils
DISQUE DUR. Figure 1 Disque dur ouvert

SDLS08 - Modes propres d'une plaque carrée calculés sur base réduite

Problèmes sur le chapitre 5

Analyse statique d une pièce

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

1 Définition. 2 Systèmes matériels et solides. 3 Les actions mécaniques. Le système matériel : Il peut être un ensemble.un sous-ensemble..

DÉVERSEMENT ÉLASTIQUE D UNE POUTRE À SECTION BI-SYMÉTRIQUE SOUMISE À DES MOMENTS D EXTRÉMITÉ ET UNE CHARGE RÉPARTIE OU CONCENTRÉE

TUTORIAL 1 ETUDE D UN MODELE SIMPLIFIE DE PORTIQUE PLAN ARTICULE

Conception parasismique des diaphragmes de toit selon la norme CSA-S16

SSNL126 - Flambement élastoplastique d'une poutre droite. Deux modélisations permettent de tester le critère de flambement en élastoplasticité :

Jean-Marc Schaffner Ateliers SCHAFFNER. Laure Delaporte ConstruirAcier. Jérémy Trouart Union des Métalliers

1 Savoirs fondamentaux

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

Banc d études des structures Etude de résistances de matériaux (RDM) et structures mécaniques

Sujet proposé par Yves M. LEROY. Cet examen se compose d un exercice et de deux problèmes. Ces trois parties sont indépendantes.

FIRE CONTROL VENTOUSES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

Equipement d un forage d eau potable

Exprimer ce coefficient de proportionnalité sous forme de pourcentage : 3,5 %

Exemples de dynamique sur base modale

1 Mise en application

ÉTUDE DE L EFFICACITÉ DE GÉOGRILLES POUR PRÉVENIR L EFFONDREMENT LOCAL D UNE CHAUSSÉE

Essais de charge sur plaque

Les correcteurs accorderont une importance particulière à la rigueur des raisonnements et aux représentations graphiques demandées.

Cours de résistance des matériaux

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SÉRIE SCIENTIFIQUE

Fonctions homographiques

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

Compte rendu de LA37 B, TP numéro 1. Evolution de la température et du degrée d'hydratation

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

La fabrication des objets techniques

Annexe A. Annexe A. Tableaux et données relatifs à la vérification par Eurocode 3 A.3

COB supports pour connecteurs multibroches

Fonctions linéaires et affines. 1 Fonctions linéaires. 1.1 Vocabulaire. 1.2 Représentation graphique. 3eme

Chapitre 2 Caractéristiques des ondes

Fiche technique Ligne de vie SECURIFIL industrie

SSNV143 - Traction biaxiale avec la loi de comportement BETON_DOUBLE_DP

Cours de Résistance des Matériaux (RDM)

Rupture et plasticité

Monitoring et suivi du comportement des chaussées

Information. BASES LITTERAIRES Etre capable de répondre à une question du type «la valeur trouvée respecte t-elle le cahier des charges?

Exemple d application du EN : Poutre fléchie avec section tubulaire reconstituée

Généralités. Aperçu. Introduction. Précision. Instruction de montage. Lubrification. Conception. Produits. Guides à brides FNS. Guides standards GNS

LAYHER ECHELLES ET ESCALIERS POUR LA CONSTRUCTION ET L INDUSTRIE CATALOGUE

GUIDE D'INSTALLATION Lave-Vaisselle

Chapitre 7. Circuits Magnétiques et Inductance. 7.1 Introduction Production d un champ magnétique

Glissière linéaire à rouleaux

Calculs de probabilités avec la loi normale

Chapitre 7: Dynamique des fluides

RELAIS STATIQUE. Tension commutée

Corrigé Exercice 1 : BRIDE HYDRAULIQUE AVEC HYPOTHÈSE PROBLÈME PLAN.

ANNEXE J POTEAUX TESTÉS SELON UN CHARGEMENT STATIQUE ET TESTÉS SELON UN CHARGEMENT CYCLIQUE ET STATIQUE

Capteur mécanique universel HF 32/2/B

Vis à billes de précision à filets rectifiés

II - 2 Schéma statique

NOTICE DE MONTAGE ECHELLE

74 cm - 89 cm INSTRUCTIONS DEMONTAGE KOMPACT

Merkur 2. sensing the future. Innovation du radar avec le module à double champ réglable électroniquement

CHAPITRE V SYSTEMES DIFFERENTIELS LINEAIRES A COEFFICIENTS CONSTANTS DU PREMIER ORDRE. EQUATIONS DIFFERENTIELLES.

Accesibilité. Nous élevons votre qualité de vie

ÉLÉMENTS D'ISOLATION ACOUSTIQUE HALFEN ISI 10-F BÉTON

Soit la fonction affine qui, pour représentant le nombre de mois écoulés, renvoie la somme économisée.

Bien lire l énoncé 2 fois avant de continuer - Méthodes et/ou Explications Réponses. Antécédents d un nombre par une fonction

La présente fiche technique décrit les exigences auxquelles doit répondre le Système Barofor Round.

Module d Electricité. 2 ème partie : Electrostatique. Fabrice Sincère (version 3.0.1)

Sondes de conductivité pour applications industrielles hygiéniques

Varset Direct. Batteries fixes de condensateurs basse tension Coffrets et armoires. Notice d utilisation. Armoire A2

Système d automation TROVIS 6400 Régulateur compact TROVIS 6493

INSTRUCTIONS DE POSE

TS 35 Numériser. Activité introductive - Exercice et démarche expérimentale en fin d activité Notions et contenus du programme de Terminale S

Avis Technique 14/ Luxor Silicone

Nom : Groupe : Date : 1. Quels sont les deux types de dessins les plus utilisés en technologie?

OLYMPIADES ACADEMIQUES DE MATHEMATIQUES. 15 mars 2006 CLASSE DE PREMIERE ES, GMF

GUIDE D'INSTALLATION. Lave-Vaisselle

D022751/01 TEXTE SOUMIS EN APPLICATION DE L ARTICLE 88-4 DE LA CONSTITUTION PAR LE GOUVERNEMENT, À L ASSEMBLÉE NATIONALE ET AU SÉNAT.

Chapitre 02. La lumière des étoiles. Exercices :

Spectrophotométrie - Dilution 1 Dilution et facteur de dilution. 1.1 Mode opératoire :

Items étudiés dans le CHAPITRE N5. 7 et 9 p 129 D14 Déterminer par le calcul l'antécédent d'un nombre par une fonction linéaire

DOSSIER TECHNIQUE R-GO SPA. Production et assemblage 100 % Française. 3 Rue Pierre Mendès France ARGENTAN

P M L R O G W. sylomer. Gamme de Sylomer Standard. Propriétés Méthode de test Commentaires. Polyuréthane (PUR) Cellulaire mixte

PROBLEME(12) Première partie : Peinture des murs et du plafond.

Guide de conception. Sécurité incendie des halls industriels

Date : Note /20 : EVALUATION Nom : Prénom : Classe : Traitement sur mots

PCB 20 Plancher collaborant. Fiche technique Avis technique CSTB N 3/11-678

Le seul ami de Batman

INTRODUCTION. A- Modélisation et paramétrage : CHAPITRE I : MODÉLISATION. I. Paramétrage de la position d un solide : (S1) O O1 X

PROTECTION DEs MAINs ET DEs BRAs INfORMATIONs TEChNIquEs

MODULE DIN RELAIS TECHNICAL SPECIFICATIONS RM Basse tension : Voltage : Nominal 12 Vdc, Maximum 14 Vdc

Multifonction 1 NO Montage sur rail 35 mm (EN 60715)

Bandes en polyuréthane HP avec conformité HACCP

Instructions de montage Plans de cuisson en vitrocéramique

SOCIETE NATIONALE DES CHEMINS DE FER BELGES SPECIFICATION TECHNIQUE

AC AB. A B C x 1. x + 1. d où. Avec un calcul vu au lycée, on démontre que cette solution admet deux solutions dont une seule nous intéresse : x =

Texte Agrégation limitée par diffusion interne

Charges électriques - Courant électrique

Caractéristiques des ondes

Plieuses semi-automatisées de nouvelle génération

Prise en compte des Eurocodes dans le dimensionnement d ouvrages d art courant en béton armé. Comparaison avec «l ancienne» réglementation.

Cours 02 : Problème général de la programmation linéaire

BROSSE DE DÉSHERBAGE GAUCHE/DROITE

Transcription:

Déformation des barres - Treillis Exercices et éléments de corrections Laurent Champaney 7 mars 007 Résumé Ce document présente quelques exercices et corrigés sur la déformation des barres élastiques avec application aux treillis plans. Ces exercices sont utilisés en première année de Licence de Sciences (première année de DEUG Sciences) 1 Enoncés 1.1 Barreau en traction On considère un barreau cylindrique déformable en acier encastré à l une de ses extrémités et soumis à un effort de taction F à l extrémité opposée. Les caractéristiques du barreau sont un module d Young E = 0000MP a, un coefficient de Poisson ν = 0.3, une section S = 15cm et une longueur L = 1m. FIG. 1: Barreau en traction 1. Calculer l effort F max admissible pour ce barreau sachant que la contrainte de traction maximale admissible σ e pour ce matériau est de 50MPa. Donner l allongement du barreau pour cet effort maximal ainsi que la réduction du diamêtre.. Le volume de la barre a-t-il changé? Donner la variation de volume. 1. Système isostatique On considère deux barres déformables rigidement liées entre elles. L une est encastrée à l une de ses extrémités et l autre est soumise à un effort F à l extrémité opposée. Les caractéristiques des barres sont des modules d Young E 1 et E, des sections S 1 et S et des longueurs L 1 et L. FIG. : Barres en série : problème isostatique 1. Quels sont les efforts intérieurs dans les deux barres. En déduire les contraintes.. Calculer le déplacement de l extrémité soumise au chargement F 1

1.3 Système hyperstatique On considère les deux barres déformables représentées sur la figure suivante. Elles sont encastrées d un coté et liées à une barre indéformable de l autre. Cette barre est soumise à un effort F. Les caractéristiques des barres sont des modules d Young E 1 et E, des sections S 1 et S et des longueurs identiques L. FIG. 3: Barres en parallèle : problème hyperstatique 1. Quelle relation lie les efforts intérieurs dans les deux barres?. Quelle relation lie les allongements des deux barres? En déduire les efforts intérieurs et les contraintes dans les barres. 3. Calculer le déplacement de la pièce rigide. 1.4 Traction inhomogène On considère la cas d une barre suspendue soumise seulement à son poids propre. La surface de sa section est S et h est la hauteur totale de cette barre. Le module d Young du matériau est noté E et ρ est sa masse volumique. FIG. 4: Barre soumise à son propre poids 1. En réalisant une coupure de la barre, déterminer l effort normal et la contrainte dans toute section d altitude z de la barre.. En déduire la déformation en tout point. La déformation est-elle homogène? 3. Quelle est la relation entre le déplacement et la déformtion dans une telle situation? 4. En déduire le déplacement en toute section de la barre. 5. Donner l expression de l allongement de la barre.

1.5 Treillis isostatique à barres On considère un treillis constitué de deux barres (nommées 1 et ) disposées selon le schéma de la figure??. Les barres sont élastiques et ne travaillent qu en traction ou en compression. Les appuis A et B sont fixes. Les deux barres sont élastiques de sections S 1 et S et de même module d Young E. Le noeud A est soumis à un effort vertical descendant P. Les deux barres ont la même longueur L et on pose AC = L. FIG. 5: Treillis à barres 1. Peut-on calculer les réactions aux appuis en réalisant l équilibre global du treillis?. Ecrire l équilibre des noeuds et en déduire les tensions dans chaque barre et les réactions dans les appuis. Quelles sont les barres en traction et les barres en compression? 3. Calculer les allongements des barres. 4. Donner les relations entre le déplacement du noeud B et les allongements des barres. En déduire le déplacement du noeud B. Etudier les cas où S 1 = S, S 1 S et S 1 S. 1.6 Treillis isostatique à 3 barres On considère le treillis représenté sur la figure ci-dessous. Les trois barres sont identiques de même module E, même section S. Les longueurs sont telles qu indiqué sur la figure. Le noeud A est lié au bâtit par un appui mobile et le noeud B par un appui fixe. Le noeud C est soumis à l effort F représenté sur la figure. FIG. 6: Treillis à 3 barres 1. En réalisant l équilibre global du treillis, calculer les réactions aux appuis.. Ecrire l équilibre des noeuds et en déduire les tensions dans chaque barre. Quelles sont les barres en traction et les barres en compression? 3. La contrainte limite admissible du matériau est σ e. Quelle est la valeur F max maximale admissible pour l effort F? 4. En écrivant la relation de comportement pour chaque barre. Donner les expression des allongements en fonction de F. 5. Donner la relation générale reliant l allongement d une barre aux déplacements de ses extrémités. 6. On note les déplacements des noeuds de la manière suivante : u A = u A x + v A y, u B = u B x + v B y, u C = u C x + v C y 3

(a) Ecrire les conditions d appuis en A et B (b) Ecrire les relations entre les allongements des trois barres et le déplacement des noeuds. (c) En déduire le déplacement des noeuds. 1.7 Treillis isostatique à 5 barres On considère le treillis représenté sur la figure ci-dessous. Les cinp barres sont identiques de même module E, même section S. Les longueurs sont telles qu indiqué sur la figure. Le noeud C est lié au bâtit par un appui mobile et le noeud A par un appui fixe. Le noeud C est soumis à l effort F représenté sur la figure. FIG. 7: Treillis à 3 barres 1. Ecrire l équilibre des noeuds et en déduire les tensions dans chaque barre et les réactions aux appuis. Quelles sont les barres en traction et les barres en compression?. La contrainte limite admissible du matériau est σ e. Quelle est la valeur F max maximale admissible pour l effort F? 3. En écrivant la relation de comportement pour chaque barre. Donner les expression des allongements en fonction de F. 4. Donner la relation générale reliant l allongement d une barre aux déplacements de ses extrémités. 5. On note les déplacements des noeuds de la manière suivante : u A = u A x + v A y, u B = u B x + v B y, u C = u C x + v C y, u D = u D x + v D y (a) Ecrire les conditions d appuis en A et B (b) Ecrire les relations entre les allongements des trois barres et le déplacement des noeuds. (c) En déduire le déplacement des noeuds. Eléments de correction.1 Barreau en traction 1. Pour calculer l effort normal dans le barreau, on réalise une coupure (voir figure??) : L équilibre de la partie droite donne : FIG. 8: Coupure dans le barreau N + F = 0 N = F 4

L effort est donc homogène dans le barreau. La contrainte est : σ = N S = F S qui est positive (car F l est). Le barreau est donc en traction. La limite est atteinte pour : σ = σ e F max S = σ e F max = σ e S = 3.75 10 5 N L allongement est : L = Lε = L σ E et à la limite : La variation de diamètre est : L max = L σ e E = 1.5 10 3 m = 1.5mm D = νdε = νd σ E et à la limite : D max = νd σ e 4S E = ν σ e π E = 1.64 10 5 m = 1.64 10 mm. Le coefficient de Poison est plus petit que 0.5, donc il y a augmentation du volume de la valeur : V = πd L(1 ν) = 3 10 6 m 3. Système isostatique 1. Pour calculer l effort normal dans la barre 1, on réalise une coupure dans cette barre (voir figure??) : FIG. 9: Coupure dans la barre 1 L équilibre de la partie droite donne : N 1 + F = 0 N 1 = F Pour calculer l effort normal dans la barre 1, on réalise une coupure dans cette barre (voir figure??) : L équilibre de la partie droite donne : FIG. 10: Coupure dans la barre N + F = 0 N = F Les deux efforts sont donc homogènes et égaux. Ils ne dépendent pas du comportement des barres. Les contrintes sont obtenues directement : σ 1 = N 1 S 1 = F S 1 ; σ = N S = F S 5

. Les déformations sont donc : ε 1 = σ 1 = F ; ε = σ = F E 1 E 1 S 1 E E S et les allongements des deux barres : L 1 = ε 1 L 1 = F L 1 E 1 S 1 ; L = ε L = F L E S Le déplacement de la section soumise au chargement est l allongement total de la barre :.3 Système hyperstatique L = L 1 + L = F L 1 E 1 S 1 + F L E S 1. Il n est pas possible de réaliser une coupure dans l une ou l autre des deux barres en ouvrant isoler la partie gauche ou la partie droite : le problème est hyperstatique. On réalise la coupure présentée sur la figure?? : FIG. 11: Coupure dans les barres 1 et En isolant les deux parties droites et la barre indéformable, on obtient : N 1 N + F = 0 N 1 + N = F Nous avons simplement une relation entre les deux efforts.. Pour résoudre, on constate que, la barre indéformable ne pouvant pivoter, les allongement des deux barres sont égaux : L 1 = L ε 1 L = ε L ε 1 = ε En utilisant le comportement des barres on obtient : σ 1 E 1 = σ E N 1 E 1 S 1 = N E S1 En utilisant les deux équations portant sur le efforts intérieurs, on peut les calculer : F E 1 S 1 N 1 = E 1 S 1 + E S et les contraintes : F E S N = E 1 S 1 + E S F E 1 σ 1 = E 1 S 1 + E S F E σ = E 1 S 1 + E S 3. Le déplacement de la section soumise au chargement est l un ou l autre de deux allongements, puisqu ils sont égaux : F L L = E 1 S 1 + E S 6

FIG. 1: Coupure dans la barre soumise à son propre poids.4 Traction inhomogène 1. On réalise un coupure de la barre (voir figure??). L équilibre de la partie basse (partie droite avec l orientation utilisée) montre qu une section supporte le poids du morceau de barreau situé sous elle : N(z) = ρgs(h z) 0 (traction) La contrainte dans la barre est allors. La déformation n est donc pas homogène : σ(z) = N(z) S ε(z) = σ(z) E = ρg(h z) = ρg (h z) E 3. Dans le cas des déformations inhomogènes la relation entre déformation et déplacement des points du barreau est : ε(z) = du(z) dz 4. Après intégration de l expression précédente, on obtient la forme générale du déplacement : u(z) = ρg z (hz E ) + C où la constante est déterminée en utilisant la condition d encastrement (déplacement nul) sur la section supérieure : u(z = 0) = 0 C = 0 Le déplacement en tout point de la barre s exprime donc : u(z) = ρg z (hz E ) 5. L allongement de la barre est l écart en déplacement entre les deux extrémités de la barre : h = u(h) u(0) qui peut donc être calculé : h = ρg E (h h ) = ρg h E 7

.5 Treillis isostatique à barres 1. Dans ce cas particulier, il n est pas possible de déterminer les réactions aux appuis en écrivant l équilibre global du treillis (3 équations pour deux inconnues). Le treillis est pourtant isostatique.. L équilibre des noeuds donne les six équations suivantes : N 1 + X A = 0 N 1 + N = 0 A : B : N 1 + Y A = 0 N 1 N P = 0 ce qui conduit à : 3. Les allongement des barres sont : 4. Les conditions aux limites donnent : N 1 = P (compression) N = P (compression) et C : X A = 1 P Y A = 1 P X C = 1 P Y C = 1 P L 1 = N 1L 1 = P L ; L = N L = P L E 1 S 1 1 E S u 1 = v A = 0 ; u C = v c = 0 les relations allongement-déplacement donnent donc : L 1 = (u B x + v B y).( x + y) = (u B + v B ) L = (u B x + v B y).( x + y) = ( u B + v B ) ce qui conduit au résultat : u B = ( L 1 L ) = P L E ( 1 S 1 1 S ) v B = ( L 1 + L ) = P L E ( 1 S 1 + 1 S ) N + X C = 0 N + Y C = 0 On a alors les trois cas : Si S 1 = S, le treillis à un comportement symétrique et le noeud B à un déplacement latéral nul. Si S 1 S, le noeud B se déplace vers la gauche. Si S 1 S, le noeud B se déplace vers la droite..6 Treillis isostatique à 3 barres 1. L équilibre du treillis donne : X B + F = 0 Y A + Y B = 0 LF LY A = 0 Y A = 1 F X B = F Y B = 1 F 8

. L équilibre des noeuds donne les six équations suivantes : N = 0 N 1 N 1 + A : ce qui conduit à : N + Y A = 0 B : N 1 = 1 F N 3 + X B = 0 N 3 + Y B = 0 (compression) N = F (traction) N 3 = F (compression) 3. Les barres les plus chargées sont les barres et 3 dans lesquelles : 4. Les allongement des barres sont : L 1 = N 1L E 1 S 1 et N + N 3 + F = 0 C : N + N 3 = 0 Y A = 1 F X B = F Y B = 1 F σ = σ 3 = F S σ e F max = Sσ e ; L = N L = + F L E S 5. La relation liant déplacement des noeuds et allongement des barres est : 6. Déplacement des noeuds : (a) Les conditions aux limites donnent : L AB = ( u B u A ). n AB avec n AB = AB AB v A = 0 ; u B = 0 ; v B = 0 ; L 3 = N 3 L E 3 S 3 (b) les relations allongement-déplacement donnent : L 1 = ( u A x). x = u A (c) ce qui conduit au résultat : u A = L 1 L = (u C x + v C y u A x).( x L 3 = (u C x + v C y).( x y) = (u C u A v C ) y) = ( u C v C ) = F L u C = 1 ( L L 1 L 3 ) = ( 1 + ) F L v C = 1 ( L L 1 + L 3 ).7 Treillis isostatique à 5 barres 1. L équilibre des noeuds donne les équations suivantes : N + X A = 0 A : B : N 1 + Y A = 0 N N 5 = 0 N 3 + N 5 = 0 9

N 4 = 0 N 4 + N 5 + X D = 0 C : D : N 3 F = 0 N 1 N 5 = 0 ce qui donne pour les tensions dans les barres : N 1 = F (compression) N = F N 3 = F (compression) (compression) et pour les réactions aux appuis : N 4 = 0 N 5 = F X A Y A X D (barre inactive) (traction) = F = F = F. La barres la plus chargée est la barre 5 dans laquelle : F σ 5 = S σ e F max = Sσ e 3. Les allongement des barres sont : L 1 = N 1L L = N L L 3 = N 3L L 4 = N 3L L 5 = N 3 L = 0 = F L 4. La relation liant déplacement des noeuds et allongement des barres est : 5. Déplacement des noeuds : (a) Les conditions aux limites donnent : L AB = ( u B u A ). n AB avec n AB = AB AB u A = 0 ; v A = 0 ; u D = 0 (b) les relations allongement-déplacement donnent : L 1 = (v D y). y = v D L = (u B x + v B y). x L 3 = (u C x + v C y u B x u B y). y L 4 = (u C x + v C y v D y). x = u B = v C v B = u C L 5 = (u B x + v B y v D y).( x y) = (u B v B + v D ) 10

(c) ce qui conduit au résultat : v D = L 1 u B = L v B = L 5 + L 1 + L u C = L 4 = 0 = ( + 1) F L v C = L 3 + v B = ( + 3) F L 11